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Elektrische Antriebssysteme sind in der modernen Welt überall zu finden und sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. In vielen industriellen Anwendungen wandeln sie elektrische Energie in mechanische Energie um, womit das Antriebssystem als Motor fungiert. Im umgekehrten Fall, wenn demnach mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, arbeitet das Antriebssystem als Generator. Die dabei umgewandelte Energie soll bei einer Einspeisung in das Versorgungsnetz möglichst sinusförmig verlaufen, damit überwiegend Grundschwingungsleistung fließt. Zusätzlich ist ein geringer Blindanteil wünschenswert, weil diese Stromkomponente dafür sorgt, dass die Versorgungsleitungen unnötig belastet werden.
In dieser Bachelorthesis werden auf die für das Verständnis wichtigen theoretischen Grundlagen der Raumzeiger eingegangen. Bei der Regelung des Netz- oder Ausgangsstroms und der Zwischenkreisspannung werden auf diese Grundlagen zurückgegriffen, weil die Beschreibung von zeitveränderlichen, sinusförmig verteilten dreiphasigen Größen durch Transformationen in andere Bezugssysteme als besonders zweckmäßig erscheint. Damit weitere elektrische Geräte, die am selben Netzanschlusspunkt angeschlossen sind, möglichst wenig beeinflusst werden, sollte der ins Versorgungsnetz zurückgespeiste Strom geringe Oberschwingungen enthalten und somit einen weitestgehend sinusförmigen Verlauf annehmen.
Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung der Netzfrequenz von 50 Hz. Aus regelungstechnischer Sicht ist es daher zweckmäßig, ein nahezu exaktes Modell der Regelung des Netzstroms und der Zwischenkreisspannung zu erstellen. Eine hochdynamische Regelung ist dann gewährleistet.
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, ein Anforderungsprofil für den Aufbau eines Messsystems im Hochspannungsnetz der DB Energie zu entwickeln. Dieses soll als Basis für den künftigen Aufbau des Systems dienen und die Besonderheiten des 110 kV, 16,7 Hz Netzes berücksichtigen. Die Ziele des Messsystems sind es, Aussagen über den Betriebszustand des Netzes mit resonanter Sternpunkterdung, hinsichtlich der Netzstabilität, der Erdschlusslöschfähigkeit und dem Erzeugerverhalten, treffen zu können.
Dazu wurden Experteninterviews durchgeführt, die die Anforderungen an das Messkonzept definieren. Darauf aufbauend wurden die geforderten Messungen und Auswertungen hinsichtlich der Umsetzbarkeit im Netz der DB Energie überprüft. Besonderes Augenmerk lag auf den verbauten Strom- und Spannungswandler im Netz, an denen die entsprechenden Messgrößen abgegriffen werden sollen. Deren Abbildungstreue, in Bezug auf die Genauigkeit des Messwerts und das Transferverhalten bei unterschiedlichen Frequenzen, wurde eingehender betrachtet.
Ebenfalls wurde die bei den Messungen aufkommenden Datenmengen näher betrachtet. Die Art der Messung und Auswertung der Daten sind hier ausschlaggebend, um die Daten klein zu halten. Die Empfehlung ist ein Kompromiss aus zwei gleichzeitig ablaufenden Auswertungen, um die anfallenden Datenmengen gut und schnell analysieren zu können.
Ziel dieser Bachelorarbeit war es, die Motoren einer parallelen Kinematik in Form eines Tripods anzusteuern, um den Endeffektor präzise an bestimmte Positionen zu bewegen. Dadurch wurde getestet, ob sich die Steuerung eines chirurgischen Instrumentes über eine parallele Kinematik prinzipiell für den Einsatz in der klinischen Umgebung eignen würde. Der Tripod umfasst drei Linearachsen, deren Längen und Winkel durch die Motoren geändert werden können. Alle drei Linearachsen sind über Kugelgelenke an den Endeffektor gekoppelt. Für die Ansteuerung der Motoren musste sowohl eine Elektronik, als auch eine Software entwickelt werden, die die Kommunikation zwischen den Motoren und einem Computer ermöglichen. Für die Entwicklung der Software wurde die objektorientierte Programmiersprache C++ genutzt. Durch das implementierte C++-Programm können beliebige Positionen an die Motoren gesendet werden, zu denen der Endeffektor daraufhin bewegt wird. Zudem ermöglicht das Programm die individuelle Echtzeit-Steuerung des Endeffektors über eine 3D-Maus mit sechs Freiheitsgraden. Für die Umrechnung der räumlichen Daten der 3D-Maus in die einzelnen Zielpositionen für die Motoren wurde eine Klasse, speziell für diesen Tripod, implementiert. Aufgrund dieser Klasse und der Optimierung von Geschwindigkeit und Beschleunigung der Motoren lässt sich der Endeffektor präzise und flüssig steuern. Die sensitive Steuerung eines chirurgischen Instrumentes wird dadurch ermöglicht, für den Einsatz in einer klinischen Umgebung ist der Tripod aufgrund der Größe und Handhabung jedoch nicht geeignet. Dafür wäre eine Miniaturisierung dieser parallelen Kinematik erforderlich.
Der stetige technische Fortschritt in der Strahlentherapie stellt eine erhöhte Herausforderung bei der Bestimmung von dosimetrischen Parametern dar, die besonders in kleinen Bestrahlungsfeldern einen hohen Grad an Unsicherheit aufweisen. Es wurden die Tiefendosiskurve sowie Dosisquerprofile unterschiedlicher Dosimeter in dosimeterabhängigen Ausrichtungen bei Photonenstrahlung von 6 MV gemessen. Parameter wie die relative Oberflächendosis, das Tiefendosismaximum, die relative Dosis in 5 und 10 cm Tiefe sowie die Penumbrabreite verschiedener Dosimeter wurden miteinander verglichen. Die Messungen erfolgten je Dosimeter bei 10, 6, 4, 3, 2, 1 und 0,6 cm Kantenlänge bei quadratischen Bestrahlungsfeldern.
Beim Dosisquerprofil der Semiflex Typ 31013 mit 0,3 cm³ Messvolumen ergeben die Messwerte nicht ausreichend genaue Ergebnisse. Unter denselben Messbedingun-gen mit der Dosimeter-Diode E ergibt die relative Dosis innerhalb des Strahlenfeldes ausreichend genaue Messwerte, die zur Auswertung bereitstehen. Die Penumbrabreite verringert sich mit geringerem Messvolumen sowie auch im kleineren Bestrahlungsfeld. Die relative Dosis in der Tiefe nimmt mit kleiner werdendem Bestrahlungsfeld und ebenso mit entsprechend kleinen Messvolumina ab. Die Überreaktion der PinPoint auf niederenergetische Photonen muss berücksichtigt werden, um ausreichend genaue Messergebnisse zu erhalten. Wird dieser Dosimeter radial bestrahlt, zeigen die Dosisquerprofile aufgrund des Kabeleffekts eine schlechtere Symmetrie der quadratischen Bestrahlungsfläche auf.
Die Wasserenergiedosis weist in kleinen Bestrahlungsfeldern deutliche Unterschiede bei den unterschiedlichen Dosimetern auf. Zwischen dem Dosimeter mit dem größten Messvolumen und dem mit dem kleinsten besteht ein Messwertunterschied von 0,5 Gy.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit der Thematik, eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe induktiv resonanter Kopplung zu simulieren und aufzubauen. Durch die in den letzten Jahren immer größer werdende Elektromobilität steigt auch das Interesse an einem drahtlosen Transfer von elektrischem Strom. Doch auch in kleineren Leistungsbereichen ist ein drahtloses Aufladen, wie z.B. bei Laptops und Handys, ein angesagtes Thema. Mit Hilfe von zwei resonanten Schwingkreisen wird ein Austausch an Energie zwischen Sender- und Empfängerschwingkreis demonstriert. Die Grundlagen der magnetischen Induktion wie auch die Grundlagen von elektrischen Schwingkreisen sind hierfür essentiell und werden in dem ersten Kapitel aufgegriffen. Durch das Aufstellen eines mathematischen Modells, im zweiten Kapitel, wird das Prinzip der magnetischen Kopplung und das Phänomen der Frequenzspaltung von gekoppelten Systemen ausführlich behandelt und aufgestellt. Spider-Web Spulen, welche schon in niedrigen Frequenzbereichen hohe Güten aufweisen können, werden für den folgenden Aufbau verwendet. In den darauf folgenden Kapiteln wird das über das Magnetfeld gekoppelte System ausführlich untersucht. Das System erzielt eine Leistungsübertragung von 20W über 30 cm mit einer Effizienz von ungefähr 52%. Des Weiteren konnte der Punkt der kritischen Kopplung, durch eine Verminderung der ohmschen Last im Sendeschwingkreis, auf 50 cm gelegt werden.
Die vorliegende Bachelor-Thesis ist bei der Firma AUMA in Müllheim in der Abteilung Testingentstanden.
Diese Arbeit ist in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil wird näher auf den Entwurf eines Motorenprüfstands und dessen Realisierung eingegangenen, während sich der zweite Teil damit befasst, wie dieser für die Ausbildung – und die Einarbeitung in Mess- und Steuerungstechnik – von Auszubildenden genutzt werden soll. In diesem Versuchsaufbau wird vorrangig ein Gleichstrommotor getestet.
Die Begründung für die Erstellung eines Motoren-Bremsprüfstands liegt darin, dass es eine der Hauptaufgaben der Abteilung Testing ist, in Labor-Prüfeinrichtungen Antriebe der AUMA Gruppe zu testen. Diese Prüfeinrichtungen arbeiten in der Regel mit gefährlichen Spannungen und dürfen nur von Fachkräften in Betrieb genommen werden. In Zukunft sollen Auszubildende im Zuge einer praxisnahen und handlungsorientierten Ausbildung die Möglichkeit haben, sich selbstständig in die Bereiche der Mess- und Steuerungstechnik einzuarbeiten.
Mit dem realisierten Motoren-Bremsprüfstand ist es in der Abteilung Testing möglich, in Zukunft Auszubildende ressourcenschonend und in einem gefahrenfreien Umfeld in die Aufgaben der Abteilung Testing einzuarbeiten. Somit reduziert sich die benötigte Einarbeitungszeit, in der ein Mitarbeiter die Auszubildenden betreuen muss. Mit dem gebauten Prüfstand können Auszubildende die Charakteristik eines Gleichstrommotors verstehen und die Messmethoden, zur Erfassung von Drehmoment, Drehwinkel, Temperatur, sowie elektrische Größen, anwenden. Diese Erkenntnisse lassen sich optimal auf größere Prüfstände übertragen und bereiten die Auszubildenden auf spätere Aufgaben im Unternehmen AUMA und der Abteilung Testing vor.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Recherche sämtlicher wesentlicher Informationen und die Entwicklung der Software-Infrastruktur, die zur Erstellung von medizinischen Augmented-Reality-Anwendungen, auf Basis der Datenbrille HoloLens der Firma Microsoft nötig sind. Es soll das Verständnis für digitale Realitäten und Hologramme und die technische Beschreibung der HoloLens vermittelt werden, da dieses Wissen von essentieller Bedeutung ist, wenn Programmieranfänger, aber auch Fortgeschrittene den Einstieg in dieses Thema finden sollen. In dieser Bachelorarbeit werden die Anforderungen an die notwendige Hardware und Software behandelt und auch die Grenzen und Einschränkungen der HoloLens aufgezeigt.
Aufbau eines Laborversuchs zur Simulation einer Produktionsstraße im Bereich der Automatisierungstechnik. Diese Produktionsstraße sortiert Produkte nach zwei Kriterien, dem Material und der Form. Die Simulation der Produktionsstraße wird über eine Drehscheibe realisiert. Die Bearbeitung erfolgt durch verschiedene Module. Die modulare Bauweise begründet sich durch eine beliebige Erweiterungsmöglichkeit der Produktionsstraße. Der Schwerpunkt liegt in der Auseinandersetzung mit der Programmierung einer solchen. Das Ziel ist die Konfiguration und die Komplexität einer solchen Programmierung kennenzulernen.
Hierzu werden zwei Laboranleitungen mit je einem Ziel entwickelt:
a) Die Verknüpfung zwischen praktischem Aufbau und Software zu schaffen.
b) Eine mögliche Vorgehensweise der Programmierung bei der Entwicklung einer solchen modularen Produktionsstraße zu erlernen.
Die Entwicklung der Laboranleitungen wird mit Hilfe einer didaktischen Analyse durchgeführt. Didaktische Modelle für die Entwicklung von Laborversuchen für Studierende sind in solcher Form nicht verfügbar, deshalb wird für die Entwicklung dieser Laboranleitungen ein Vergleich verschiedener didaktischer Modelle vorgenommen. Durch diesen Vergleich ergibt sich, dass diese Versuchsanleitungen mit Hilfe der didaktischen Analyse nach Wolfgang Klafkis (vorläufigen) Perspektivenschema zur Unterrichtsplanung entwickelt werden.